既然已经将朱瞻基内定为了大明朝的隔代接班人，那么朱瞻基的教育问题就成了朱棣重点关注的重点内容。本着“再穷不能穷教育”的原则，在朱瞻基的教育问题上，朱棣十分注重理论与实践相结合。永乐五年（公元1407年）朱瞻基已经10岁了，也到了就学的年龄。这一年的四月，朱棣专门在奉天殿为朱瞻基精心挑选老师，一大批当世之名师被朱棣选中，其中就包括有着“黑衣宰相”之称的姚广孝。从朱棣选择让姚广孝来教导朱瞻基一事，便能看出朱棣绝对不只是想让朱瞻基饱读圣贤之书。
并且朱棣在接见以姚广孝为首的教育班子时就点明了他们的教育内容是什么了，即“凡经史所载孝悌仁义与夫帝王大训可以经纶天下者”，也就是说他们要教导朱瞻基如何治理天下。永乐六年（公元1408年）的时候，朱棣又下了一道命令规定金忠、杨士奇、杨荣、胡广、黄淮这些皇太子朱高炽的东宫官属在辅导皇太子的同时也要教导朱瞻基，对于他们的教导内容朱棣也做了规定，主要是教导一个守成的皇帝应当有哪些作为，并且朱棣还指出让他们教导这些内容的目的是为了使朱瞻基“涵养本源，恢弘智量”，最终成为大器。
通过朱棣两次给负责教导朱瞻基的大臣们所下达的旨意的具体内容，可以发现朱棣让朱瞻基学习的都是治国理政的内容或者说是帝王心术，其目的就是为了给朱瞻基日后的执政打下良好的基础。除了给朱瞻基安排专门的教导官员外，朱棣还专门赐给了朱瞻基两本书给朱瞻基开小灶，一本名叫《务本之训》，书中主要内容为“农事之勤劳，王业之艰难，与凡无逸，祭祀、为政、亲睦、用人、赏罚、内治、外戚、宦寺、饮食、防卫、理财等事”，是介绍古代帝王是如何用人理政，维护统治的。另一本书的名字则叫《圣学心法》，这本书是朱棣亲自编纂的，号称“帝王之要，备载此书”，也是讲帝王之术的。由此可见，朱棣始终都是在给朱瞻基传授帝王之道。
但是正所谓“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。朱棣也明白如果只是向朱瞻基传递这些书本上的知识，而不让他在现实生活中实际感受到，那么最后很有可能会功亏一篑。因此朱棣在给朱高炽传授帝王之道的同时，也在有意识地锻炼朱高炽的个人能力。永乐七年（公元1409年）朱棣为组织第一次北伐而巡幸北京，朱瞻基被朱棣钦点陪同巡幸。朱棣之所以会让朱瞻基陪同就是想让他“知稼穑之艰难”，毕竟朱瞻基从小也算是“生于后宫之中，长于妇人之手”，虽然养育他的可能是大明当朝最厉害的两个女人了（一个是朱棣的徐皇后，一个是朱高炽的张皇后），但是朱瞻基本人还是对于老百姓的生活缺乏一个直观的感受。
就是考虑到这一点，朱棣才会钦点朱瞻基陪同巡幸北京，从而使朱瞻基在前往北京的途中可以感受到地方上的风土人情，老百姓平常所做的一些农事，国家的税收都是从此而来，这样可以从小教导朱瞻基要体恤民力，可见虽然朱棣本人是一位开拓型的君主，但是他很清楚地认识到自己继承人的目标是做好守成。转眼到了第二年开春，朱棣率领五十万大军从北京出发讨伐蒙古三部之一的鞑靼部，朱棣在北征之前出于锻炼朱瞻基政务能力的考虑，专门下令由朱瞻基留守北京并负责处理相关事宜。同时考虑到朱瞻基这是第一次接触政务，可能会有些手忙脚乱，便专门指定由“通达政体，谙练章程，称股肱之任”的户部尚书夏原吉来负责协助朱瞻基处理留后事宜。
在此次留守中，朱棣赐予了朱瞻基部分的人事任命权和司法权，但同时也给他出了难题。史载当时北京行在面临的实际情况还是很严峻的，由于北京作为明军的大后方要负责远征大军的后勤保障，因而事务繁多，让人理不清头绪。况且这时候朱瞻基只有13岁，还是个娃娃，怎么能完成好这么重大的任务呢？因而连朱瞻基身边的人都觉得这是一份吃力不讨好的苦差事，但是朱瞻基本人却不以为然，不仅不担心处理不好政务，反而胸有成竹地说道：“皇祖父出征之前已经安排好一切了，我们只要遵循他老人家的安排就行了。”就这样，在朱瞻基和夏原吉两人的合力之下，北京城是“民安政理”。
此外，据《明太宗实录》等相关史料记载，朱瞻基在留守期间曾亲自处理了两起监察御史弹劾事件，一个是监察御史白春巡视驿站时接受贿赂，另一个则是御史李公敏违反国家的法律规定，擅自迎娶寡妇为妻，并影响了当时北京的风气，不少官员纷纷迎娶寡妇为妻，败坏了社会道德。而小小年纪的朱瞻基将这两起案件处理得井井有条，展现了其行政能力，可见教育是有成果的。
当然，在培养朱瞻基政务能力的同时，朱棣也没有忘了培养朱瞻基的军事能力。在朱棣的眼中一个合格的皇帝必须是“上马能打仗，下马能治国”，并且在其心中对于“武”的重视程度要比“文”还要高上那么一点儿。不然他也不会在册立太子时犹豫不决了，虽然最后在综合考虑之下还是册立了“体肥硕不能骑射”的嫡长子朱高炽为太子，但是却始终对自己这个嫡长子不满意，其中的一个重要原因便是朱高炽在军事能力上的不足，以及他本人对骑射和行军打仗的不喜，不过好在朱瞻基没有遗传他老爹朱高炽这一点。早在永乐八年（公元1410年），为了让朱瞻基在学习文化知识的空隙能够学习军事，朱棣就专门下旨挑选民间健壮勇敢的年轻子弟（岁数在十七至二十岁），由当地官府将他们一路送到京师来充当朱瞻基的随从，锻炼朱瞻基的指挥能力。
之后在永乐十二年（公元1414年）的时候，朱棣发动了第二次亲征漠北之战，此次出兵，朱棣没有再让朱瞻基留守北京处理行在事务而是让其陪同自己亲征。朱棣在之前也向大臣们透露了让朱瞻基随军出征的原因，就是想让朱瞻基“俾知用兵出奇之法，亦使躬历行阵，见将士之劳苦，知征伐之不易。”通过实战，让朱瞻基学习如何使用兵法，并且让他知道征战的艰难，将士的辛苦。在行军途中，朱棣更是亲自向朱瞻基传授行军打仗的知识。也就是在此次亲征途中，朱棣曾询问朱瞻基觉得自己发动北伐的目的是什么，朱瞻基毫不犹豫地回答道：“别人都以为爷爷是好大喜功，其实不然，爷爷是想要在自己的手上打出一个太平盛世，令天下的百姓能够享受更久的和平。”朱瞻基的回答可以说是完全说到了朱棣的心坎儿里了，也正因此在听完朱瞻基的回答后，朱棣颇为感慨，认为自己的孙子真是太了解自己了。
在此次随军北伐中，朱瞻基也向朱棣展示了自己的武艺和军事才能。史载，在行军途中曾有兔子从朱瞻基的马前跑过，朱棣令朱瞻基亲自射杀，结果朱瞻基张弓搭箭，这个兔子“应弦而毙”，看到这一幕，众将士都欢呼，夸赞太孙的骑射本领，连朱棣自己也颇为欣慰地说道：“射箭虽然只是小技艺，但是能一发即中也是很不容易的。”同时，在此次北伐中的忽兰忽失温之战中，朱棣率领明军将蒙古三部之一的瓦剌部彻底击败。
此战中，朱瞻基表现得十分沉稳冷静，在敌军溃败大明收兵之后，朱瞻基没有急于去面见朱棣，而是派遣骑兵四处巡视，以确定敌人是否真的败退了。在面见朱棣的过程中得知朱棣杀敌心切，要继续追击敌军时，朱瞻基苦口婆心地劝说穷寇莫追，大军出征这么久已经师老兵疲，当务之急应该是赶紧班师回朝，好生休养，日后再图谋也不迟。可以说，朱瞻基在此次北伐中的优秀表现也算是弥补了父亲朱高炽武功军事不行的遗憾，在一定程度上也缓解了朱棣和朱高炽之间的矛盾。